Платформа обмена знаниями

Инициатива стран Центральной Азии по управлению земельными ресурсами

Технологии

Фосфогипс

О фосфогипсе

Фосфогипс и повышение урожайности сельскохозяйственных культур на низкопродуктивных почвах

Краткое описание разработки

Фосфогипс - это   побочный   и практически неиспользуемый продукт производства фосфатных   удобрений, в состав которого входит ряд ценных компонентов - оксид кальция и редкоземельные элементы как кремний, железо, титан, магний, алюминий и марганец. Фосфогипс является наиболее дешевым и доступным мелиорантом и может использоваться для повышения продуктивности почв с высоким содержанием магния.

Проведенные многолетние исследования по использованию фосфогипса в сельском хозяйстве показали перспективность его применения в целях мелиорации почв. Технология применения фосфогипса в целях мелиорации почв с высоким содержанием магния и повышения продуктивности озимой пшеницы и хлопчатника была испытана в течение семи лет на деградированных землях Арысь-Туркестанского района Южного Казахстана, на площади 100 га, учеными Казахского научно- исследовательского института водного хозяйства (КазНИИВХ). При этом внесение фосфогипса нормой 4-8 т/га повысило урожайность хлопка в отдельных случаях с 10 ц/га до 20-35 ц/га. Отмечена эффективность действия фосфогипса в течение 5-6 лет после внесения. Экономический эффект составлял более 50 тыс.тенге/га.

При поддержке проектов Азиатского Банка Развития и ИКАРДА и частичном покрытии расходов (30%) со стороны фермеров-участников данная технология была также успешно внедрена в фермерских хозяйствах Южного Казахстана. Обучение фермеров агрономическим приемам внесения фосфогипса проводилось специалистами на всех этапах внедрения технологии.

Фосфогипс повышает плодородие почв, улучшает их физическую структуру, увеличивает запасы кальция и фосфора, обеспечивает формирование агрономической структуры при обработке почв, ускоряет рост и развитие растений, повышает скорость впитывания и экономию воды при поливах на 25-35 %.

Фосфогипс рекомендуется применять на такыровидных и солонцеватых почвах, что способствует улучшению физико-химических свойств почв и повышению их плодородия.

Фосфогипс   имеется в   Казахстане   в   большом количестве и может использоваться для повышения продуктивности почв с высоким содержанием магния и в других местах в Средней Азии по доступной для фермеров стоимости.

Эффективность фосфогипса

Площадь солонцов и засоленных почв в Казахстане составляет 94 млн. га. В зоне обыкновенных черноземов они занимают 1\4 часть сельскохозяйственных угодий. Главные проблемы, стоящие перед сельским хозяйством в мелиорации почв с высоким содержанием магния, следующие:

  • Обеструктуренность почв, приводящая к снижению урожайности.
  • Низкий коэффициент использования воды также снижает урожайность с/х культур
  • Бедность сельского населения из-за неокупаемости издержек фермеров на таких деградированных почвах

Научные исследования и производственный опыт подтверждают, что продуктивность солонцов при их мелиорации можно повысить в 3-4 раза и более. Наиболее кардинальным методом мелиорации является химический метод. Классическим мелиорантом является гипс. Наряду с гипсом возможно применение фосфогипса, являющегося вредным отходом гидрометаллургического производства. По мелиоративному эффекту фосфогипс не уступает классическому гипсу, а по экономическим показателям превышает, например, себестоимость сена на мелиорированных фосфогипсом солонцах уменьшается в 2 раза. Фосфогипс действует на почву более эффективно, чем природный гипс, так как лучше растворяется в почвенных составах. Следовательно, необходимо стабилизировать урожайность сельхозкультур в Южном Казахстане путем применения технологии внесения фосфогипса для мелиорации почв, с высоким содержанием магния в почвенно-поглощающем комплексе.

Почвы с высоким содержанием магния выявлены на части земель   бассейна Аральского Моря в Средней Азии , при этом более 30 % орошаемой площади в Южном Казахстане имеют повышенный уровень содержания обменного магния в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) в пределах 25-45%, а в некоторых случаях до 60 %. С низкой скоростью

инфильтрации и гидравлической проводимостью, такие почвы, с высоким содержанием магния, типично относятся к такырным почвам в этом регионе. После поливов такие почвы образуют крупные глыбы, существенно снижающие скорость инфильтрации и продвижение поливной струи вдоль борозды (Рис.1).

 

Рис. 1 Типичные проблематичные такырныепочвы с высоким содержаниеммагния. Эти почвы охватывают более 30 % орошаемой площади в ЮжномКазахстане

В условиях Южного Казахстана для повышения продуктивности слитных почв (солонцеватых, щелочных) целесообразно использовать фосфогипс,   который   является   кислым   мелиорантом.   Наличие   в фосфогипсе кислот улучшает его растворимость, ускоряет обменные реакции, обеспечивает получение экономически приемлемых урожаев в первые годы его применения. Однако уровень прироста выхода продукции с единицы площади зависит от технологии и времени его внесения, т.е. от эффективности использования зимне-весенних осадков для вымыва продуктов обмена и ускоренного насыщения поглощающего комплекса кальцием

Подкомандная зона Арысь-Туркестанского Канала представляет собой типичный пример, где магний в избыточных концентрациях содержится как в почве, так и в оросительной воде, происходит слитизация почв (ощелачивание, осолонцевание). Около половины орошаемого фонда нуждается в агротехнических и химических мелиорациях. Последствием использования почв и вод с высоким содержанием магния в сельскохозяйственном производстве стало постепенное снижение урожайности хлопка (Gossypium hirsutum L.).

Хлопчатник является основной культурой, которая выращивается на приблизительно 95% посевной площади в летний сезон. Фермеры сильно зависят от этой сельскохозяйственной культуры как средства к существованию, и поэтому снижение ее урожайности существенно влияет на прибыльность их фермерских хозяйств (Рис. 2). Аналогичным образом, данная проблема, связанная с деградацией почв, отрицательно влияет на урожайность озимой пшеницы. Для достижения высоких урожаев хлопчатника в почве содержание магния должно находиться в пределах во избежание солонцеватости почвы. Увеличение посевов многолетних трав, бобовых культур и использование фосфогипса (отходы фосфорных заводов) обеспечат повышение урожайности возделываемых культур и эффективности использования водных ресурсов.

 

Рис. 2.Неравномерное развитие хлопчатника на землях с повышенным содержанием магния обычное явление, если не вносить в почву в качестве добавки дополнительный источник кальция (гипс или фосфогипс).


Когда   почвы   с   преобладанием   магния   подвергаются   междурядной   обработке,   они образуют глыбистую структуру, которая препятствует стоку воды по бороздам и приводит к   неравномерному   ее   распределению   (Рис.   3).   Проблема   усложняется,   когда   в оросительной   воде   магний   содержится   в   больших   концентрациях,   чем   кальций. Образование   крупных   глыб   по   пахоте   на   солонцеватых   почвах,   с   высоким содержанием   магния,   существенно   снижает   скорость   инфильтрации   и   продвижение поливной струи вдоль борозды. Структурная нестабильность почв приводит к плохому росту и развитию сельскохозяйственных культур.

Рис. 3. Образование крупных глыб по пахоте на солонцеватых почвах, с высоким содержанием магния, существенно снижает скорость инфильтрации и продвижение поливной струи вдоль борозды.

Почвы с высоким содержанием магния можно вернуть к их первоначальному продуктивному состоянию, повышая содержание кальция, чтобы нейтрализовать отрицательное воздействие магния. Это осуществляется путём внесения в почву дополнительного источника кальция в достаточных количествах. Таким дополнительным источником кальция является фосфогипс, в   составе   которого содержится 1,3.2,9% фосфатов, в том числе 0,2.0,9% растворимых форм, которые подкисляют почвенную среду и ускоряют обменные реакции. Кроме того, фосфогипс оказывает положительное влияние на урожаи сельскохозяйственных культур не только за счет улучшения физико-химических свойств почв, но и роста обеспеченности растений подвижными формами фосфора. Наличие в фосфогипсе кислот повышает его растворимость и обеспечивает значительное улучшение агрономических свойств слитных почв, поэтому урожайность сельскохозяйственных культур может возрастать до 2 раз в первый год его применения.

Действие внесённого фосфогипса на почву с высоким содержанием магния может продолжаться несколько лет. Результаты исследований показали, что в условиях, когда на поливы земель после их мелиорации используются воды с высоким содержанием магния, уровень содержания магния в почве имеет склонность к повышению, а уровень содержания кальция, через 4-5 лет после первоначального внесения, постепенно снижается. Эти условия подчёркивают необходимость повторного внесения фосфогипса для поддержания концентраций магния на желаемом уровне, чтобы гарантировать получение стабильных и рентабельных урожаев сельскохозяйственных культур.

Технология внесения фосфогипса была испытана в 2001 году на опытном участке в Арысь-Туркестане группой ученых Казахского научно- исследовательского института водного хозяйства (КазНИИВХ), возглавляемой к. т. н. Ф. Вышпольским.

  • Применялись две нормы внесения фосфогипса: 4,5 и 8,0 т/га;
  • Эффективность внесения фосфогипса оценивалась по снижению концентрации магния в почвенном поглощающем комплексе и содержанию мобильных форм фосфора. В исходных условиях содержание Ca и Mg в почвенном поглощающем комплексе было 54-68 % и 30-43 %, соответственно. Внесение фосфогипса способствовало увеличению содержания Ca на 5-12% и снижению содержания Mg на 5-12% от исходной концентрации;
  • Запасы мобильных форм фосфора в почве повысились на 8-15 мг/кг. Такое улучшение в структуре почвы, воздушном режиме и фосфорном питании способствовало лучшему росту и развитию хлопчатника, а также повышению урожая с 1.4- 1.5 т/га до 2.5-3.0 т/га, в среднем за два года эксперимента.
  • Экономическая оценка технологии внесения фосфогипса позволила повысить фермерский доход на 300-500 долларов с гектара.

Опыт выращивания пропашных культур на слитных почвах показал, что применение фосфогипса повышает эффективность использования воды. При поливах через борозду объемы впитавшейся воды колебались от 350 до 600 м3/га в сутки, а после внесения 2,5-4,5 т/га фосфогипса возрастали до 600-900 м3/га сутки.

Применение фосфогипса повышает равномерность увлажнения почв, снижает технологические потери воды на испарение и сброс с орошаемых земель до 2 раз, обеспечивает равномерное развитие растений (Рис.4).

Рис.4. Равномерность развития хлопчатника после внесения фосфогипса

 

Наличие в фосфогипсе двуокиси кремния играет роль геохимического барьера (коагулятора солей) для токсичных солей, обеспечивает переход труднорастворимых питательных элементов в легкодоступные (растворимые) формы. Коренное улучшение физико-химических свойств почв позволяет длительно (>5лет) получать экономически приемлемые урожаи возделываемых культур. Для закрепления мелиоративного эффекта необходимо использовать посевы многолетних трав и бобовых культур, которые стабилизируют сельскохозяйственное производство и увеличат доходы в фермерских хозяйствах.

Эффективность внесения фосфогипса под хлопчатник

Технология внесения фосфогипса по осенней вспашке до выпадения массовых осадков или по снегу способна обеспечивать максимальный прирост хлопчатника – 0,5-1,5т/га. Различия в росте урожайности хлопчатника     предопределялись     степенью     слитизации     почв (осолонцевания, ощелачивания), нормами внесения фосфогипса, которые определялись для 0,4-0,6-метрового слоя почв, климатическими условиями и водообеспеченностью орошаемых земель. В первый год (2001г.) внесения 4,5 и 8,0т/га фосфогипса по осенней вспашке и снегу, на землях фермерского   хозяйства   Ж. Дузбаева,   урожайность   хлопчатника повысилась на 1,3 и 1,6т/га и обеспечила прибыль в размере $52 USA/га на первом варианте и небольшие убытки $7 USA/га на втором варианте. Однако в последующие 5 лет на фоне внесения 4,5 и 8,0т/га фосфогипса среднегодовая прибыль в хозяйстве составила $516 USA/га на первом варианте и $643 USA/га на втором варианте. С экономической точки зрения второй вариант оказался наиболее перспективным, так как обеспечивал рост ежегодной прибыли более чем на $120 USA/га.

Фосфогипс обладает удобрительным эффектом. При норме внесения 3-5 т/га запасы доступного фосфора возрастают на 10-15 мг на кг почвы, что соответствует внесению 0,3…0,5 т/га суперфосфата. Различия в затратах приведенных вариантов незначительны. Наличие в фосфогипсе двуокиси кремния (кремнезема) повышает равномерность использования растениями азота и фосфора, поэтому урожайность возделываемых культур возрастала до 2 раз (фермер Ж. Дузбаев).      

Таблица 1. Урожайность хлопчатника, т/га

Норма внесения

фосфогипса, т/га

Год

2001

2002

2003

2004

2005

4,5

8,0

контроль

2,7

3,0

1,4

2,4

2,8

1,4

2,4

2,5

1,5

2,2

2,4

1,4

2,6

3,0

1,9

Применение технологии внесения фосфогипса под весеннюю вспашку нормой 3-4т/га привело к снижению его эффективности, поэтому рост урожайности хлопчатника не превышал 0,4-0,6т/га (фермеры Касымов А, Мирхайдаров Р.). В данном случае затраты на проведение химической мелиорации слитных почв окупались в течение двух лет. В последующие годы прибыль колебалась в пределах $80-100 USA/га.

Аналогичные   результаты   были   получены   на   землях   фермера Абдраимова А., где изучалась эффективность технологии внесения фосфогипса зимой и весной по осенней вспашке. При расчетных нормах 20 3,3 и 8,0т/га, которые устанавливались для рассолонцевания 0,3 и 0,6м слоя почв, затраты на приобретение и транспортировку фосфогипса составили $105 и 255 USA/га, а рост урожайности хлопчатника (относительно контроля) произошел соответственно на 0,5 т/га при зимнем внесении 8,0т/га фосфогипса и на 0,3 т/га при весеннем его внесении. В первом случае фермер получил прибыль в размере $50 USA/га при внесении 3,3т/га фосфогипса и убытки в пределах $ 30 USA/га при внесении 8,0 т/га фосфогипса. Во втором случае убытки фермера составили $50 USA/га при норме 3,3т/га и $155 USA/га при норме 8,0т/га. Следовательно, осенне-зимний период является лучшим сроком для внесения фосфогипса.

Эффективность внесения фосфогипса под озимую пшеницу

Высокая эффективность использования фосфогипса подтверждается опытом его применения на озимой пшенице. Фермер Н. Мубораков внес по 2,5 т/га фосфогипса по всходам пшеницы (Рис.5). Площадь внесения 10 га, контрольного варианта 2 га. Урожайность пшеницы возросла (относительно контроля) на 1,2 т/га и составила 3 т/га.

Фосфогипс повышал запасы кальция в поглощающем комплексе (при магниево-кальциевом составе), улучшал агрономическую структуру почв, снижал дисперсность твердой фазы почвы, улучшал водно-воздушный режим корнеобитаемого слоя. На контрольном варианте (Рис 6.), где не вносился фосфогипс, развитие пшеницы замедлялось, урожайность снижалась, повышался расход воды на получение единицы продукции до 1,5 раз.

Опыт применения фосфогипса на озимой пшенице (2,5 т/га) и хлопчатнике (2,5-4,5 т/га) показал, что прибавка урожая пшеницы (1,0-1,5 т/га), хлопчатника (0,5-1,0 т/га) окупала затраты в первый год его применения.

 

Рис.6. Развитие озимой пшеницы без внесения фосфогипса

Нормы внесения фосфогипса

Определение подходящей нормы внесения фосфогипса в почву с высоким содержанием магния является крайне важным шагом. Это зависит от первоначального уровня содержания магния в почве, который нужно снизить до критического уровня, чтобы вернуть почву к её высокопродуктивному состоянию. Внесение фосфогипса без надлежащей оценки может привести к избыточному внесению или недостаточному внесению мелиоранта. Внесение добавки ниже фактической потребности улучшает почву только частично, а чрезмерное внесение имеет экономические последствия для фермеров. Поэтому нормы химмелиорантов должны устанавливаться из условия коренного улучшения физико-химических свойств почв на глубину 0,5-0,6м.

Рис. 7. День поля

Для определения норм внесения химмелиорантов на слитных почвах на глубину 30 см и более, с повышенным содержанием магния, можно использовать зависимость Антипова-Каратаева

N=0.08(Mg-0.3E)*h*d,

где N – норма фосфогипса, т/га;

     Mg – обменный магний в мг-экв на 100 г почвы;

E – емкость обмена в мг-экв на 100 г почвы;

h – мощность мелиорируемого слоя, см;

d – объемная масса почвы, г/см3.

Образование глыбистой структуры при междурядной обработке почв указывает на необходимость применения фосфогипса в пределах 3-5 т/га. В последующие годы продуктивность мелиорируемых почв следует восстанавливать путем увеличения посевов многолетних трав и бобовых культур.

При наличии в химмелиорантах токсических веществ расчетные показатели норм   внесения   не должны   приводить к накоплению токсических веществ выше ПДК (предельно допустимых концентрации). Поэтому   на   основе   анализа   химического   состава   используемого химмелиоранта, устанавливают количественные показатели отдельных элементов и на их основе уточняют допустимые нормы внесения.

Экологическое   оздоровление слитных   почв   при   использовании фосфогипса для улучшения их физико-химических свойств и повышения продуктивности следует определять по допустимому уровню загрязнения почв и грунтовых вод. В первом случае параметры накопления токсических   веществ в почвах устанавливаются по устойчивости

сельскохозяйственных культур к степени их загрязнения. Во втором – по санитарным требованиям к качеству грунтовых вод, которые могут использоваться для водоснабжения путем строительства колодцев и скважин.   Для   первого   варианта   установлено,   что   экологическая безопасность обеспечивается в тех случаях, когда нормы внесения

фосфогипса не будут превышать 15,4т/га по фтору, более 400т/га по цинку и другим элементам. Для второго варианта предельно допустимые значения по использованию фосфогипса снижаются до 3-5т/га по фтору, 30-35т/га по свинцу, свыше 340т/га по цинку и другим элементам.

Цель проекта

Собрать все лучшее, что накоплено в Центральной Азии по устойчивому управлению земельными ресурсами, - такова цель регионального проекта «Улучшение использования и формирования знаний по устойчивому управлению земельными ресурсами в Центральной Азии». В проекте участвуют пять стран.

Проект осуществляется международ- ным центром ИКАРДА при финансовой поддержке IFAD в рамках исследовательской программы КГХМСХИ по засушливым системам.

Визуализация технологий

Технологии

Демонстрационные Участки

Climate Change Data for SWAT

Facebook


© 2015. CACILM.ORG
Платформа обмена знаниями.